Planification de trajectoire et interaction

Cette section décrit les modes d’interaction définis entre le planificateur de trajectoire et l’opérateur humain en immersion dans l’application de RV (section 4.2.1.1). Elle décrit aussi, les adaptations apportées au planificateur automatique de trajectoire afin de limiter son temps de calcul (nécessaire pour l’utilisation dans un cadre interactif) tout en assurant la définition d’une trajectoire permettant de guider un opérateur humain (section 4.2.1.2).

4.2.1.1 Modes d’interaction

Notre planificateur automatique de trajectoire permettant de jalonner une trajectoire, nous avons choisi d’utiliser un paradigme d’interaction en deux modes adaptés des planificateurs développées par Ladevèze :

1. nous avons décidé d’assister l’opérateur le long de la trajectoire pré-calculée en le gui- dant successivement vers les différents jalons. Pour réaliser ce guidage, nous avons choisi d’utiliser une interpolation linéaire entre la configuration courante et le prochain jalon à atteindre (guidage inspiré du planificateur local) ;

2. par ailleurs, à l’instar de l’utilisation interactive du planificateur probabiliste avec ap- proche globale, l’opérateur peut relancer l’ensemble du processus de planification en ne suivant pas le guidage qui lui est proposé.

Nous avons choisi, dans notre cas, d’organiser l’interaction autour d’une force utilisée pour guider l’opérateur dans l’espace 6D. À l’instar du planificateur local de Ladevèze [Ladevèze 10b],

Planification interactive de trajectoire en Réalité Virtuelle

courante qc du Corps rigide manipulé Od et celle du prochain jalon à atteindre qj. Pour géné-

rer fa, l’interpolation est normalisée et multipliée par un coefficient F permettant d’en définir

l’amplitude (équation 4.2).

fa = F qj

−q_c

kqj −qck (4.2)

Afin que le jalon utilisé pour calculer l’assistance proposée à l’opérateur soit mis à jour au cours de l’exécution de la tâche, il faut détecter lorsque l’opérateur les atteint. La trajectoire exécutée par l’opérateur ne passe pas nécessairement par les jalons mais en passe suffisamment

près pour que la distance entre la configuration courante et celle du jalon (qj−qc) soit inférieure

à un seuil (θdistance). Lorsque c’est le cas, le système automatique détecte que l’opérateur a atteint

le jalon et utilise le jalon suivant pour le guider. La figure 4.8 illustre la trajectoire exécutée pour le chemin planifié donnée dans le chapitre 3 (jalons en rouge). Les différentes configurations

prises par Od lors de l’exécution de la tâche y sont affichées en jaune avec une flèche bleue

illustrant l’assistance proposée à l’opérateur.

S

G

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Figure 4.8 – Guidage sur une trajectoire pré-calculée

Si l’opérateur ne suit pas l’assistance et déforme fortement la trajectoire définie par le plani- ficateur automatique, il peut produire une trajectoire sortant du Chemin topologique proposé. Lorsque c’est le cas, l’ensemble du processus de planification de trajectoire est relancé afin de déterminer un nouveau Chemin topologique correspondant mieux à la trajectoire réalisée. Ce mode d’interaction est cette fois inspiré du planificateur probabiliste avec approche globale de Ladevèze [Ladevèze 10b]. Il a fait l’objet d’adaptations pour mieux exploiter le partitionne- ment du processus de planification en deux phases et la variété d’informations disponibles dans le modèle de l’environnement développé (sémantique, topologique et géométrique).

Planification interactive et partage de contrôle 4.2.1.2 Adaptation du planificateur automatique de trajectoire

L’interaction entre un opérateur humain et le planificateur automatique de trajectoires per- met d’aménager ce dernier pour pallier ses faiblesses introduites par le découpage en deux phases de la planification de trajectoire. L’interaction nous permet en effet de remédier à l’in- capacité du planificateur automatique à diagnostiquer la "non-réalisabilité" d’un Chemin to-

pologiqueen confiant ce diagnostic à l’opérateur. Pour cela, afin de disposer d’une trajectoire

permettant d’assister l’opérateur lors du parcours du Chemin topologique défini lors de la pla- nification grossière, la contrainte de non-collision de la trajectoire 6D est localement relaxée.

La relaxation de la contrainte de non collision intervient à deux points du processus de planification automatique :

1. lors de la définition de jalons géométriques au cours de la planification grossière (jalons définis dans les frontières pour construire les requêtes de planification fine),

2. lors de la planification fine, si la stratégie de planification fine n’aboutit pas pour une

Étape topologique.

Dans le premier cas, si le planificateur automatique de trajectoire n’est pas en mesure de déterminer un jalon sans collision dans une Frontiere après un nombre n de jets aléatoires, un jalon est défini au centre de la Frontiere sans considérer le problème de collision. Dans le deuxième cas de même, la planification fine de l’Étape topologique est abandonnée et l’utilisateur est guidé vers la prochaine étape grâce au jalon défini dans la Frontiere suivante (interpolation linéaire directe entre les deux jalons définis lors de la planification grossière). Il revient alors à l’opérateur de gérer la présence d’obstacles dans le Lieu à traverser.

Cette relaxation de la contrainte de non-collision permet de plus de limiter le temps de re- cherche d’une trajectoire. Cet aménagement du processus de planification de trajectoire permet donc de faciliter sa mise en œuvre dans une application interactive temps-réel.

Au cours de l’exécution de la tâche en interaction, lorsque l’opérateur atteint une portion de trajectoire définie par le planificateur automatique comprenant des collisions, il lui revient de diagnostiquer cette difficulté. Il peut alors soit redéfinir localement la trajectoire si le Che-

min topologiqueest réalisable (s’il existe une trajectoire sans collision empruntant ce Chemin

topologique), ou déclencher un nouveau processus de planification dans le cas contraire (sec-

tion 4.2.1.2).

4.2.1.3 Synthèse de l’interaction pour la planification de trajectoire

Grâce aux modes d’interaction choisis et aux dispositions aménagées sur le processus de planification, la complémentarité entre le planificateur automatique de trajectoire et l’opérateur humain permet une collaboration efficace. Le planificateur automatique trouve un chemin dans la topologie de l’environnement et y esquisse une trajectoire qui peut inclure des portions en collision avec les Corps rigides de l’environnement.

Cette trajectoire permet de guider l’opérateur qui peut la corriger localement ou plus radi- calement en déclenchant un nouveau processus de planification lors de l’exécution de la tâche.

Planification interactive de trajectoire en Réalité Virtuelle

L’opérateur est ainsi guidé le long du Chemin topologique qui semble le plus pertinent au vu de l’Information sémantique associée aux éléments de l’environnement, même si aucune trajectoire géométrique sans collision n’a pu y être définie.

Lorsque l’opérateur, en exécutant la tâche, atteint une portion de trajectoire que le plani- ficateur automatique n’est pas arrivé à définir sans collision, ses capacités cognitives et son expertise lui permettent, soit de passer la difficulté et ainsi définir une trajectoire géométrique réalisable, soit de constater l’impossibilité d’emprunter cette voie. Dans ce cas, en explorant un chemin alternatif, il déclenche une re-planification réalisant ainsi le bouclage nécessaire entre les deux phases du processus de planification.